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1裝置的硬件設計

1.1溫濕度傳感器溫濕度傳感器放置于車箱內，用于時刻檢測車箱內的溫度，并把獲得的數據傳輸給MCU，顯示屏上會將得到的數據顯示出來。傳感器包括一個電阻式測濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數據格式，一次通訊時間4ms左右，數據分小數部分和整數部分，具體格式在下面說明，當前小數部分用于以后擴展，現讀出為零，操作流程如下：一次完整的數據傳輸為40bit，高位先出。數據格式：8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據+8bit溫度整數數據+8bit小數數據+8bit校驗和數據傳送正確時校驗和數據等于“8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據+8bit溫度整數數據+8bit溫度小數數據”所得結果的末8位。用戶MCU發送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉換到高速模式，等待主機開始信號結束后，DHT11發送響應信號，送出40bit的數據，并觸發一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機發送開始信號，DHT11不會主動進行溫濕度采集，數據后轉換到低速模式。部分通訊過程如圖3所示。總線空閑狀態為高電平，主機把總線拉低等待DHT11響應，主機把總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機發送開始信號結束后，延時等待20－40us后，讀取DHT11的響應信號，主機發送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。

1.2制冷模塊半導體制冷器在通電的情況下，兩端極板會產生一定的溫差，人們正是利用它的冷凝面為物體提供一個低溫環境、發熱面提供熱源能量，效果非常明顯，使用極其方便。TEL1-12706采用半導體材料是碲化鉍，加入不純物經過特殊處理而N型或P型半導體溫差元件。它的工作特點是一面制冷而一面發熱。接通直流電源后，電子由負極出發，首先經過P型半導體，在此吸收熱量，到了N型半導體，又將熱量放出，每經過一個NP模組，就有熱量由一邊被送到另外一邊，生成溫差，從而形成冷熱端。如圖4所示為溫濕度傳感器。需要指出的是制冷片的功率指的是耗電量，制冷效率一般在60%左右，也就是能效比在0.6左右，因此要將模型中的溫度降下來需要很長的一段時間。同時制冷片的效果還受熱面的散熱效果有很大關系，所以我們在制冷片的熱面上加了一個鋁制散熱器。

1.3顯示模塊12864點陣液晶顯示模塊（LCM）就是由128*64個液晶顯示點組成的一個128列*64行的陣列。每個二進制數，顯示點對應一位二進制數，1表示亮，0表示滅。存儲這些點陣信息的RAM稱為顯示數據存儲器。要顯示某個圖形或漢字就是將相應的點陣信息寫入到相應的存儲單元中。圖形或漢字的陣信息由自己設計，問題關鍵就是顯示點在液晶屏上的位置與其在存儲器中的地址之間的關系。由于多數液晶顯示模塊的驅動電路是由一片行驅動器和兩片列驅動器構成，所以12864液晶屏實際上是由左右兩志獨立的64*64液晶屏拼接而成，每半屏有一個512*8bit顯示數據RAM。左右半屏驅動電路及存儲器分別由片選信號CS1和CS2選擇。顯示點在64*64液晶屏上的位置由行號（line,0-63）與列號確定（coloumn,0-63）。512*8bitsRAM中某個存儲單元的地址由頁地址和列地址確定。每個存儲單元存儲8個液晶點的顯示信息。加入12864的目的就是為了確保得到的數據能夠顯示在屏幕上，并且屏幕上數字的實時變化能體現出本裝置的可行性，給人直觀的感受，同時在后期的裝置改進中有利于添加各種可視化因素，對于提高裝置的整體性能有很大益處。

2裝置程序設計

圖5為本裝置的程序流程圖。開始運行時，單片機通過溫濕度傳感器和壓力傳感器分別檢測地鐵車輛內的溫度和總載重，進行程序的分析和整理，并控制制冷片的開關，使得制冷片開始工作，降低車箱內的溫度達到理想溫度，達到一個平衡。考慮到車箱中空氣質量受到人數量的影響，因此壓力傳感器的作用除了傳遞壓力之外，還用于計算車箱中所需要的風力大小。由于現在地鐵領域對車箱內人體所需適宜風力的大小還沒有一個準確的數據，而且我們現階段也無法通過準確的數學模型來計算車箱內風力大小的變化，所以只能用一個簡單的線性方程來模擬車箱內人數和風力之間的關系，并且風力的大小由變量車箱內的溫度來替代。通過查尋資料知道人體感知外界最舒適溫度為27℃，在此基礎上建立溫度和人數量的數學模型，且隨著人密度的增加，所需要的溫度也在增加，即溫度的人數成線性關系。溫度傳感器時時檢測車箱內的溫度，并把數據傳遞給單片機，單片機通過簡單的計算得出車箱內所需的適宜溫度并和現有溫度作比較，若高于現有溫度高于適宜溫度，則發出指令控制制冷片工作，將車箱內的溫度降低到適宜溫度。

3總結

本裝置模擬地鐵車箱的空調系統，通過單片機自動調節車箱內的溫度，并從傳感器靈敏度、程序優化度等方面對裝置自動調節溫度的結果進行分析，總結起來得出了以下結論：（1）地鐵車箱內的溫度可以實現通過重力感應根據車輛的載重進行簡單的自動調節；（2）本裝置的原理簡單，控制靈活，安裝方便，對于人口較為稠密的地區可以廣泛用于地鐵車輛上；（3）要使車箱內的溫度迅速調整到理想溫度，需要對傳感器的靈敏度有較高的要求，并且在程序上還需要進一步的優化。

作者：王赫李小波陳培羅浩鑫單位：上海工程技術大學